虛擬儀器在檢驗認證機構(gòu)試驗過程中的應(yīng)用

關(guān)保林++張海麗++陶健

[摘 要]隨著計算機技術(shù)和檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)儀器儀表已不能滿足實際需求，虛擬儀器在用戶自定義和可拓展方面表現(xiàn)突出，有取而代之的趨勢。檢驗認證機構(gòu)的檢測設(shè)備需不斷更新，基于虛擬儀器的檢驗檢測將推動檢測技術(shù)的革新和發(fā)展。本文分析了虛擬儀器的典型應(yīng)用領(lǐng)域，提出了基于虛擬儀器的電線電纜護套拉伸試驗系統(tǒng)和電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)，方法高效、便捷、準確，具有很高的推廣性。

[關(guān)鍵詞]虛擬儀器 檢驗檢測 拉伸試驗 電能質(zhì)量

中圖分類號：U467.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）12-0377-01

1 引言

虛擬儀器技術(shù)是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應(yīng)用的需求。這也正是NI（Native Instruments）近30年來始終引領(lǐng)測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在。虛擬儀器同時擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分，如圖1所示，與傳統(tǒng)儀器比較表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，充分發(fā)了揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢。

2 虛擬儀器的應(yīng)用

隨著PC、半導(dǎo)體和軟件功能的發(fā)展，虛擬儀器的功能和性能也不斷地提高，在許多應(yīng)用中幾乎可以完全替代傳統(tǒng)儀器。虛擬儀器的各種優(yōu)點讓用戶可以放心地舍棄舊的傳統(tǒng)測量設(shè)備，接受更新型、以計算機為基礎(chǔ)的虛擬儀器系統(tǒng)。此外，新型筆記本電腦又把虛擬儀器的便攜性和強大功能推向一個新的水平。所有這些必將加快虛擬儀器的發(fā)展，使它的功能和應(yīng)用領(lǐng)域不斷增強和擴大。

2.1 虛擬儀器在測控系統(tǒng)方面中的應(yīng)用

虛擬儀器系統(tǒng)開放、靈活，可與計算機技術(shù)保持同步發(fā)展，將之應(yīng)用在測控方面可以提高精確度，降低成本，并大大節(jié)省用戶的開發(fā)時間，可以隨時采集和記錄從傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并對之進行統(tǒng)計、數(shù)字濾波、頻域分析等原理，因此已經(jīng)在測控領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

2.2 虛擬儀器在電力方面的應(yīng)用

由于虛擬儀器具有靈活的圖形用戶接口，可以更精確地進行圖像的處理。也便于遠端的實時監(jiān)控，便于存儲。也可利用虛擬儀器強大的網(wǎng)絡(luò)功能，實現(xiàn)地區(qū)性質(zhì)的數(shù)據(jù)共享，或者直接組成一個地區(qū)性質(zhì)的測量網(wǎng)絡(luò)。

2.3 虛擬儀器在實驗教學方面的應(yīng)用

因為虛擬儀器組建系統(tǒng)靈活、開放性好、生產(chǎn)維護和開發(fā)的成本低、性價比高等。現(xiàn)在，隨著虛擬儀器系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，越來越多的教學部門也開始用它來建立實驗教學系統(tǒng)，不僅大大節(jié)省開支，而且使得教學方法也更加靈活了。

3 虛擬儀器在檢測方面的應(yīng)用

在檢測技術(shù)引進基于LabVIEW語言的虛擬儀器，利用虛擬儀器在信號處理分析及顯示方面的強大功能，將許多檢測技術(shù)基本理論方便地用圖形表達出來，生動地驗證了信號描述、信號調(diào)理、信號處理分析等方面的有關(guān)理論。也可利用虛擬儀器開發(fā)工具開發(fā)專用虛擬儀器系統(tǒng)，可以把一臺個人計算機變成一組檢測儀器，用于數(shù)據(jù)/圖像采集、控制與模擬。可用于光電信息和計算機檢測技術(shù)試驗中，也可用于溫度檢測系統(tǒng)。

3.1 虛擬儀器在電線電纜檢測檢驗中的應(yīng)用

電線電纜檢測檢驗機構(gòu)在進行拉伸試驗時，一種方法是用游標卡尺或米尺人工視覺跟蹤，這種方法在拉斷瞬間難掌握，存在很大的誤差。另一種方法是用兩夾具分別夾住護套上標記的兩標記點，拉伸過程帶動夾具運動，人工或傳感器測量拉伸長度，此種方法容易出現(xiàn)滑落或在標記處斷裂現(xiàn)象，不符合國家標準?；谔摂M儀器機器視覺的電線電纜拉伸試驗系統(tǒng)可避免上述問題。測量系統(tǒng)由維視圖像生產(chǎn)的500萬像素的MV-VDM500SC/SM CCD攝像機，配置USB3.0接口，可直接連接計算機，安裝有虛擬儀器開發(fā)軟件計算機，以及拉力機、照明系統(tǒng)組成，如圖2所示。

在照明系統(tǒng)的照射下，拉力機以一定的速度拉伸被測電纜，CCD攝像機將采集到的數(shù)字圖像通過USB3.0接口傳輸?shù)接嬎銠C，經(jīng)過虛擬儀器開發(fā)的用戶的圖像處理程序和識別程序?qū)Σ杉瘓D像進行處理，最終輸出護套拉伸長度。

3.2 虛擬儀器在電能質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

從測量的歷史和現(xiàn)狀來看，電能質(zhì)量檢測大致經(jīng)歷了四個階段，分別是模擬化檢測、數(shù)字化檢測、智能化檢測、虛擬化檢測。系統(tǒng)首先利用基于霍爾原理的電壓和電流傳感器將原始高電壓、大電流信號變?yōu)榻涣餍⌒盘?，接著利用信號調(diào)理器對小信號進行調(diào)理.然后送入計算機后臺進行處理，顯示電流、電壓、相位、頻率、諧波、功率因數(shù)、功率（有功、無功、視在功率和總功率）、電能、三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度、閃變、諧波等電能質(zhì)量參數(shù)的處理結(jié)果，并同時對部分的參數(shù)監(jiān)測結(jié)果進行圖形化顯示。

高質(zhì)量和高精度的信號采集是對電能質(zhì)量進行有效分析的前提條件，在硬件方面，虛擬儀器系統(tǒng)在信號輸入端一般采取有效地濾波處理，轉(zhuǎn)換電路將大電壓和大電流裝換為4～20mA標準電流或0～5V標準電壓。采集系統(tǒng)采集到標準信號后，試驗人員便可以在PC機上對信號進行任意操作，通過用戶自定義開發(fā)程序，針對試驗內(nèi)容制定對應(yīng)測量方案，方便、快捷、準確、實時。

4 結(jié)束語

虛擬儀器的崛起是測試儀器技術(shù)的一次“革命”，是儀器領(lǐng)域的一個新的里程碑 ，它使現(xiàn)代測控系統(tǒng)更靈活、更緊湊、更經(jīng)濟、功能更強。無論是測量、測試、計量或是工業(yè)過程控制和分析處理 ，還是涉及其它更為廣泛的測控領(lǐng)域，選用虛擬儀器都是理想的解決方案。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流。虛擬儀器在當今乃至將來的檢驗檢測機構(gòu)和認證認可機構(gòu)中將發(fā)揮更大作用。

參考文獻

[1]丁宇康.基于LabVIEW的通用測控平臺的研究與實踐[D].武漢：華中科技大學，2007.

[2]趙志強.基于LabVIEW的多任務(wù)測控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用研究[D].重戶重慶大學，2006.

[3] 楊利娟，吳國和，袁愛根，肖金球. 電纜絕緣護套厚度和外形尺寸自動測量系統(tǒng)的研制[J]. 東華大學學報（自然科學版）. 2010（03）

[4] 張志敏，李賢敏.基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗室的研究[J].實驗技術(shù)與管理，2008.25（4）：160-163.